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Safety Zertifizierte Komponenten erhöhen den Sicherheitsstandard

| Autor/ Redakteur: Scott Orlosky und Jean-Marc Hubsch / Ute Drescher

Funktionale Sicherheit beugt nicht nur Unfällen und Schäden vor, sondern sorgt auch für einen effektiven und produktiven Betrieb. Vor allem wer auf den Einsatz zertifizierter Komponenten setzt, gelangt schnell zum Ziel.

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Hersteller, die funktionale Sicherheit in ihre Prozesse und Anlagen integrieren, profitieren von einer international anerkannten Sicherheitseinstufung und klönnen ihre Lösungen weltweit vermarkten.
Hersteller, die funktionale Sicherheit in ihre Prozesse und Anlagen integrieren, profitieren von einer international anerkannten Sicherheitseinstufung und klönnen ihre Lösungen weltweit vermarkten.
(Bild: Sensata)

Die sicherheitstechnische Gestaltung von Maschinen und Anlage beinhaltet für gewöhnlich Maßnahmen und Vorkehrungen sowohl des Konstrukteurs in der Design- und Entwicklungsphase als auch des Betreibers nach erfolgter Installation und Inbetriebnahme. Grundsätzlich sind Maßnahmen, die während des Konstruktionsprozesses einfließen, effektiver als nachträgliche Maßnahmen des Betreibers. Andererseits ist heute auch die nachträgliche Ausstattung von Steuerungssystemen mit sicherheitstechnisch bewerteten und zertifizierten Bauteilen problemlos möglich.

Safety-Maßnahmen in industriellen Anwendungen

Einige Beispiele aus der Praxis verdeutlichen das, etwa eine Transportbandanwendung. Hier könnte die erste „Schutzlinie“ aus einem Sensor bestehen, der erkennt, wenn sich eine Person im Umkreis von 2,5 m vom Transportband aufhält. Anstatt das Transportband abzuschalten, verringert die Steuerung zunächst die Bandgeschwindigkeit, um das Risiko zu begrenzen. Auf diese Weise wird die Produktion aufrechterhalten, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen.

In einem Abfüllbetrieb beispielsweise könnte integrierte funktionale Sicherheit darin bestehen, dass zwecks einer kurzen Inspektion oder Reparatur die Geschwindigkeit bzw. das Drehmoment an der Flaschenabfülllinie auf ein „sicheres“ Maß reduziert wird, ohne die Produktion zu stoppen. In ähnlicher Weise ermöglicht die Implementierung funktionaler Sicherheit an einer Druckerpresse die Reinigung der Druckwalzen bei laufendem Betrieb, ohne dass der Bediener gefährdet wird.

In der Holzwirtschaft ist funktionale Sicherheit unverzichtbar für den Betrieb halbautomatischer Systeme und Maschinen zur Abholzung und Entrindung sowie zur Regelung der Geschwindigkeit und Position der Stämme beim Sägen. Ähnliches gilt für Stahlwerke, wo Vorrichtungen zum sicheren und präzisen Vergießen von geschmolzenem Stahl sowie zum Formen und Walzen von Stahlblöcken oder -platten erforderlich sind.

Weitere Beispiele für unverzichtbare Sicherheitsfunktionen sind Geschwindigkeitssensoren in Fahr- und Rolltreppen oder Vorrichtungen zur Positionssteuerung des Fahrkorbs sowie zur Berechnung von Gewicht und maximaler Last in Aufzügen. In hochmodernen Anwendungen, speziell im Bereich der kooperativen Roboter (Cobots), erfordert die effektive Zusammenarbeit zwischen Roboter und Mensch umfassende Sicherheitsfunktionen, insbesondere wenn es darum geht, einen Kontakt festzustellen bzw. die angewendete Kraft zu verringern.

Typische Safety-Komponenten: Drehzahlsensoren

Eine typische Komponente von Systemen mit funktionaler Sicherheitsstufe sind Drehzahlsensoren. Nehmen wir als Beispiel einen Inkrementalgeber, der präzise die Geschwindigkeit und Richtung eines fahrerlosen Transportfahrzeugs (FTF) zur Beförderung von Produkten in einem Warenlager oder an einer Produktionslinie misst. Als Teil eines Systems zur Regelung von Geschwindigkeit, Richtung und Motordrehmoment garantiert dieser Drehgeber die Sicherheit der im umliegenden Bereich tätigen Bediener.

Einsatz zertifizierter Produkte

Wer Bauteile einsetzt, die von einer anerkannten Zertifizierungsstelle wie dem TÜV Rheinland für einen spezifischen Safety Integrity Level (SIL) zugelassen wurden, erreicht schnell das für ihr Systeme geforderte Sicherheitsniveau. Dazu müssen lediglich die relevanten Daten in die Sistema-Software (kostenlos im Internet verfügbar) eingegeben werden, um das Sicherheitsniveau abschließend zu bewerten und zu dokumentieren. Natürlich ist auch die Verwendung von Standardprodukten ohne individuelle Sicherheitsbewertung möglich. Allerdings könnte dann die Sicherheitsstufe des Systems insgesamt niedriger ausfallen, oder es sind umfassende unabhängige Analysen des Systems erforderlich, die letztendlich die Zeit bis zur Marktreife verlängern.

SEMINARTIPPZur Unterstützung der Berechnungen und Dokumentationsarbeiten von sicheren Steuerfunktionen nach DIN EN ISO 13849 gibt es das kostenlose PC-Tool SISTEMA. In dem „Intensivtraining SISTEMA“ lernen die Teilnehmer den Umgang mit dem Tool.
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Zertifizierte Produkte erleichtern den Ingenieuren nicht nur die Ermittlung und ordnungsgemäße Registrierung der Sicherheitseinstufung für das Gesamtsystem, sondern liefern auch wichtige Daten wie z. B. die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF, Mean Time Between Failure). Darüber hinaus sinkt der Arbeitsaufwand (und der Kostenaufwand) für den OEM zur nachträglichen Integration von Vorrichtungen für funktionale Sicherheit.

Inkrementalgeber wie der DSM9H von Sensata mit Einstufungen bis SIL3/PLe Kat. 4 und vielfältigen Ausgangssignalen, darunter analoge Sin/Cos- oder digitale TTL-/HTL-Ausgänge, bieten Flexibilität beim Design sicherer Systeme.
Inkrementalgeber wie der DSM9H von Sensata mit Einstufungen bis SIL3/PLe Kat. 4 und vielfältigen Ausgangssignalen, darunter analoge Sin/Cos- oder digitale TTL-/HTL-Ausgänge, bieten Flexibilität beim Design sicherer Systeme.
(Bild: Sensata)

Sensata hat für seine Inkrementalgeber, darunter die Modelle mit analogen Sin/Cos-Ausgängen sowie digitalen TTL- und HTL-Ausgängen, die höchste Sicherheitseinstufung für industrielles Zubehör (SIL3) erlangt. Drehgeber mit TTLund HTL-Ausgängen stellen eine Produkttechnologie dar, die mit den meisten Sensoren am Markt kompatibel ist. Sie bieten Entwicklern insbesondere bei der Nach- und Aufrüstung vorhandener Systeme eine größere Auswahl und Flexibilität. Ingenieure können auf diese Weise direkt das Maß an funktionaler Sicherheit eines Systems als Ganzes erhöhen, indem sie einfach ältere Bauteile durch neue ersetzen. Diese neuen Komponenten sind häufig technisch ausgereifter, sodass zuweilen eine einzelne Vorrichtung Aufgaben übernimmt, die bislang den Einsatz mehrerer Geräte zur Aufrechterhaltung derselben Sicherheitseinstufung erforderten.

Beispiel für eine modulare Sicherheitslösung: Produkte wie Drehgeber und Sicherheitsmodule mit funktionaler Sicherheitsbewertung ermöglichen die Aufrüstung vorhandener Anlagen zur Schaffung einer modularen Lösung, die das Sicherheitsniveau des Systems auf bis zu SIL3/PLe erhöht.
Beispiel für eine modulare Sicherheitslösung: Produkte wie Drehgeber und Sicherheitsmodule mit funktionaler Sicherheitsbewertung ermöglichen die Aufrüstung vorhandener Anlagen zur Schaffung einer modularen Lösung, die das Sicherheitsniveau des Systems auf bis zu SIL3/PLe erhöht.
(Bild: Sensata)

Eine Metallumformpresse beispielsweise kann verschiedene Steuerungstechnologien wie Kameras, Schalter, Näherungssensoren, usw. erforderlich machen. Die Verwendung von Drehgebern mit einer Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls pro Stunde (PFH, Probability of Failure per Hour), die an der oberen Grenze von SIL 2 liegt, erlaubt die Ausstattung mit zusätzlichen Komponenten eines niedrigeren SIL, jedoch an der Grenze zu SIL 2, ohne dass die SIL-Bewertung des Systems insgesamt beeinträchtigt wird. Der aus den einzelnen Komponenten abgeleitete PFHGesamtwert bestimmt das funktionale Sicherheitsniveau der Maschine.

Die digitalen HTL/TTL-Ausgänge der Inkrementalgeber von Sensata definieren präzise die Auflösung des Geräts und stellen damit sicher, dass dieser Wert innerhalb der gewünschten Grenzen bleibt. Neben der Positionserfassung dienen Inkrementalgeber auch zur Bestimmung der Geschwindigkeit, die in potenziell gefährlichen Metallstanz-Anwendungen eine entscheidende Messgröße darstellt.

Tipp: Anwendertreff Maschinensicherheit Erfahren Sie auf dem Anwendertreff Maschinensicherheit, wie Sie die funktionale Sicherheit Ihrer Maschinen und Anlagen normengerecht gewährleisten: Der Kongress unterstützt Konstrukteure, Entwickler, Hersteller und Betreiber dabei, die funktionale Sicherheit ihrer Maschinen und Anlagen so zu gestalten, dass sie den Anforderungen der Maschinenrichtlinie genügt, auch in einer smarten Fabrikumgebung.
Mehr Infos: Anwendertreff Maschinensicherheit

Das umfassende Portfolio an Sicherheitsdrehgebern von Sensata beinhaltet Produkte für den Einsatz in höchst anspruchvollen und gefährlichen Außenanwendungen, einschließlich Offshore- und Schiffstechnik. Die Drehgeber verfügen über eine entsprechende IP-Schutzart für Washdown-Bereiche.

Funktionale Sicherheit erhöht Produktivität

Die Vorteile funktionaler Sicherheit erstrecken sich nicht nur auf den Schutz der Mitarbeiter, der Anlagen und der Einsatzumgebung. Integrierte funktionale Sicherheit erhöht außerdem die Produktivität, indem die Durchführung kleinerer Wartungs- und Reparaturarbeiten bei laufendem Systembetrieb ermöglicht wird.

Die Modifizierung vorhandener Engineering- und Designprozesse ist natürlich mit Zusatzkosten verbunden. Doch mit der neuen Generation von Sensoren, Drehgebern und Steuerungen verfügen Ingenieure heute über die Bausteine zur Entwicklung eines sichereren Systems mit relativ wenig Aufwand und minimalen Kosten. Zudem können vorhandene Systeme problemlos auf ein höheres Sicherheitsniveau aufgerüstet werden, ohne das Design von Grund auf zu überarbeiten.

* Scott Orlosky und Jean-Marc Hubsch, Sensata Technologies

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